Способ управления системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания
Владельцы патента RU 2513881:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" (RU)
Изобретение относится к автомобильной промышленности и предназначено для жидкостно-воздушной системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС). С помощью вентилятора, приводом которого служит электродвигатель, частота вращения вентилятора изменяется прямо пропорционально изменению температуры, а также в зависимости от скорости изменения температуры при максимальной частоте вращения как вентилятора, так и насоса. Колебания частоты вращения вентилятора принудительно изменяются непрерывно как по частоте, так и по амплитуде по случайному закону. Также частота вращения насоса, приводом которого служит электродвигатель, при максимальной частоте вращения как вентилятора, так и насоса колебания частоты вращения насоса принудительно изменяются непрерывно как по частоте, так и по амплитуде по случайному закону. Достигается повышение надежности работы системы охлаждения ДВС. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к автомобильной промышленности и предназначено для жидкостно-воздушной системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известен способ охлаждения [Автомобили ВАЗ-2108, ВАЗ-21081, ВАЗ-21083, ВАЗ-2109, ВАЗ-21091, ВАЗ-21093, ВАЗ-21099. Руководство по ремонту. М., 1995, с.140], где вращение насоса осуществляется от коленчатого вала двигателя. Вентилятор приводится в действие электрическим двигателем. Способ охлаждения заключается в том, что вентилятор включается при температуре охлаждающей жидкости, измеренной датчиком, достигшей величины (99±3), и выключается при температуре (94±3).
Однако такое управление системой охлаждения ДВС не позволяет снизить температуру двигателя в экстремальных условиях, например при нахождении транспортного средства длительное время в пробке в жаркую погоду.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является следующий способ [Пат. 2192970 РФ, МПК7 В60К 11/02. Способ охлаждения радиатора автомобиля и устройство для его осуществления / Первухин К.И., Ковалев В.А., Стручков С.Н.]. Охлаждение радиатора автомобиля происходит с помощью вентилятора, приводом которого служит электродвигатель. Вентилятор создает воздушный поток через радиатор. Частота вращения вентилятора изменяется прямо пропорционально изменению температуры охлаждающей жидкости. При таком способе охлаждения снижается уровень и неравномерность токовых и механических нагрузок, создаваемых электровентилятором в системе электрооборудования автомобиля, значительно сокращается число его включений и выключений, поскольку эти параметры зависят от частоты вращения вентилятора, снижается потребляемый ток и энергопотребление системы охлаждения, продлевается срок службы аккумуляторной батареи. Однако такое управление также не позволяет снизить температуру ДВС транспортного средства при экстремальных условиях.
Целью изобретения является повышение надежности работы системы охлаждения ДВС. Применение предлагаемого способа управления системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания снижает температуру ДВС при работе в экстремальных условиях.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе управления системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания с помощью вентилятора, приводом которого служит электродвигатель, частота вращения вентилятора изменяется прямо пропорционально изменению температуры, а также в зависимости от скорости изменения температуры при максимальной частоте вращения как вентилятора, так и насоса колебания частоты вращения вентилятора принудительно изменяются непрерывно как по частоте, так и по амплитуде по случайному закону; также частота вращения насоса, приводом которого служит электродвигатель, при максимальной частоте вращения как вентилятора, так и насоса колебания частоты вращения насоса принудительно изменяются непрерывно как по частоте, так и по амплитуде по случайному закону.
Заявляемое изобретение поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым к нему чертежом, где показано: 1, 2, 3 - пороговый элемент, 4 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 5 - генератор случайных чисел, 6 - регулятор, 7 - полосовой фильтр, 8 - блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ), 9 - блок ШИМ, 10 - электрический двигатель, 11 - электрический двигатель, 12 - вентилятор, 13 - насос.
Возможность реализации заявляемого способа объясняется следующим. Когда увеличение турбулентности за счет увеличения скорости движения теплоносителей становится невозможным: вентилятор и насос вращаются с максимальными скоростями, ее можно увеличить, изменяя случайным образом частоту вращения вентилятора и насоса. Это подтверждается опытом эксплуатации транспортных средств и экспериментами проведенными на двигателях В-2 и А-41М [Деев А.Г., Четошников В.И. Некоторые вопросы к теории теплопередачи при неустановившемся режиме работы двигателя / Вестник Алтайского государственного аграрного университета. №5 (67), 2010. - С.74-77], которые показали, что пульсирующее изменение скоростного режима течения теплоносителей при работе двигателя в неустановившемся режиме, насос и вентилятор двигателей приводится в действие от коленчатого вала двигателя, приводит к увеличению количества отводимого с водой тепла на 6-10%, в результате чего температура воды на выходе из радиатора уменьшается в среднем (в пределах изменения степени неравномерности момента сопротивления от 0,2 до 0,8 и периода изменения нагрузки от 1 до 4 с) на 3-12% по сравнению с установившимся стационарным режимом.
Устройство, реализующее данный способ, состоит: из датчика температуры охлаждающей жидкости на выходе из блока цилиндров (4), пороговых элементов (1, 2, 3) с гистерезисом, регулятора (6), блока логического умножения, блоков широтно-импульсной модуляции (ШИМ) (8, 9), электрических двигателей (10, 11), вентилятора (12), насоса (13), нормально замкнутых, нормально разомкнутых контактов, блока генератора случайных чисел (5), блока полосового фильтра (7) (все вышеперечисленные блоки программно реализованы в микроконтроллере (МК)).
До достижения охлаждающей жидкостью максимально допустимой температуры нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты находятся в исходном состоянии. В этом состоянии осуществляют функционирование системы охлаждения ДВС при отсутствии экстремальных условий под управлением регулятора.
При достижении температурой охлаждающей жидкости значений, превышающих максимально допустимые, в то время как насос, так и вентилятор вращаются с максимальными скоростями, нормально замкнутый контакт размыкается, а нормально разомкнутый контакт замыкается. Управление системой регулятором, обеспечивающим функционирование до перехода на режим пульсации скоростей, прекращается. Управление переходит к ветви с генератором случайных чисел и полосовым фильтром, задающим режим пульсации скоростей вращения вентилятора и насоса. Техническим результатом предлагаемого способа является то, что реализация пульсирующего изменения скоростного режима течения теплоносителей (воздуха, охлаждающей жидкости) приводит к увеличению отводимого тепла от ДВС.
При достижении максимального значения температурой охлаждающей жидкости с порогового элемента 1 идет логический сигнал «1», при сигнале с блоков ШИМ 1 и 2, соответствующим максимальным скоростям вращения вентилятора и насоса, пороговые элементы 2 и 3 вырабатывают логические сигналы «1», что приводит к выработке блоком логического умножения управляющего сигнала. Этот сигнал поступает на нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакт. В результате прекращается работа регулятора и управление переходит к ветви с генератором случайных чисел и полосовым фильтром. Генератор случайных чисел и полосовой фильтр вырабатывает случайный стационарный сигнал с полосовым частотным спектром, нормированная корреляционная функция которого имеет вид R(τ)=e-α|τ|cosβτ, что позволяет возможным моделировать сигнал в интересующей полосе частот, изменяя параметры α и β. Случайный сигнал после полосового фильтра с помощью блоков ШИМ 1 и 2 приводит к пульсирующему изменению скорости вращения вентилятора и насоса, что позволяет уменьшить температуру охлаждающей жидкости.
Использование пульсирующего изменения скорости вращения вентилятора и насоса позволяет создать повышение турбулентности теплоносителей, что приводит к дополнительному охлаждению ДВС, функционирующего в экстремальных условиях.
1. Способ управления системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что с помощью вентилятора, приводом которого служит электродвигатель, частота вращения вентилятора изменяется прямо пропорционально изменению температуры охлаждающей жидкости, а также в зависимости от скорости изменения температуры охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что при максимальной частоте вращения как вентилятора, так и насоса колебания частоты вращения вентилятора принудительно изменяются непрерывно как по частоте, так и по амплитуде по случайному закону.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частота вращения насоса, приводом которого служит электродвигатель, при максимальной частоте вращения как вентилятора, так и насоса колебания частоты вращения насоса принудительно изменяются непрерывно как по частоте, так и по амплитуде по случайному закону.
